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地球自转速度基本不变的奥秘

2017-08-23 11:04:59   作者:韩永全   来源:科学智慧火花   标签:

地球自转速度基本不变的奥秘, 科学上有两种时间计量系统:基于地球自转的天文测量而得出的“世界时”和以原子振荡周期确定的“原子时”。“世界时”由于地球自转的不稳定

科学上有两种时间计量系统:基于地球自转的天文测量而得出的“世界时”和以原子振荡周期确定的“原子时”。“世界时”由于地球自转的不稳定(由地球物质分布不均匀、地球内部各部分自转角速度差异、地球吸收的辐射、地球辐射和其它星球的摄动力等引起的)会带来时间的差异,即出现闰秒。下面我推算一下,地球由于辐射引起地球自转速度变慢,又由于地球的辐射和太阳辐射相互作用使地球自转速度变快,这样的平衡机制(对立统一),从而使地球的自转速度基本不变。

我在本栏目发表的《辐射与质量关系的研究》推算,任何物理都在辐射,辐射使物体的质量减少。物体由于辐射减少的质量与物体的密度、热力学温度、表面积、时间的乘积成正比。数学表达式,m =  B × ρ × T × S × t,其中,B是比例常数,ρ是物体的密度,T是热力学温度,S是物体的表面积,t是物体辐射的时间。

作为质量标准的模型,118年质量神秘消失50微克,其实并不神秘,是因为作为质量标准的模型辐射的结果。下面我们根据这一客观事实粗略推算一下比例常数B。由于作为千克标准的模型是:高和直径都是约39毫米的圆柱,我们容易算出它的密度和表面积,ρ=21475,S=0.0072,为了方便,取T = 300k,推算出:t = 372124800,m = 0.00000005(都是国际标准单位制),进而计算出:

B = m / ρTSt = 0.00000005 / 21475×300×0.0072×372124800 = 2.9×10-21

粗略讨论地球一年因辐射损失的质量,为了方便计算,T仍取300k,地球按球体计算,代入公式计算得:

m = B × ρ × T × S × t = 2.9 × 10-21 × (5.98×1024)/(4/3πR3) × 4R2·π × T × t = 9.1×108 (千克)。

我本栏目发表的《关于地球引力场半径的探索》指出,地球的辐射半径,即地球的引力半径的粗略推算:地球赤道半径约6.4×106米、地球的自转的线速度约为460米/ 秒,所以地球的辐射半径是,CR/V,其中,C是光速、R是该天体的半径、V是该天体自转的线速度。所以地球的辐射半径是:CR/V=3×108×6.4×106/460=4.2×1012米,这就是地球的辐射半径。即可以理解为,地球辐射电磁波粒子的半径为4.2×1012米,电磁波粒子的自转速度是光速。推算如下,M是地球的质量。由于地球的辐射,地球的质量变为M1,由于辐射损失的质量为m,M=M1+m。根据角动量守恒定律得:MVR=M1V1R1+mV2R2——①,其中,V是地球自转的速度,V1经过长时间辐射后地球的自转速度,V2是辐射量子的自转速度。射粒子的速度V2是光速,是一个常数c,c=3x108米/秒,由于M=M1+m,①可以改写为:(M1+m)RV=M1V1R1+mV2R2,我们推算经过一年,由于地球的辐射地球速度的变化量,则m= 9.1×108 千克,由于m远远小于M1,所以(M1+m)近似等于M1,R近似等于R1,由上述分析我们可以知道,M1+m 是地球的质量、R2=4.2×1012米、m= 9.1×108 千克,所以V-V1= mV2R2/(M1+m)R= 9.1×108 ×3×108×4.2×1012/5.98×1024 kg×6.4×106=3×10-2米/秒。也就是说,地球一年自转速度由于辐射减少3×10-2米/秒,我们假设其加速的变化是匀速的,绘图如下:

计算地球一年地球由于辐射少自转的路程,S=1/2×3×10-2米/秒×3.2×107秒=4.5×105米,

据此推算一年地球由于辐射导致地球自转速度变慢,自转同样的路程要多用的时间,t=S/V=4.5×105/460=1000秒。这一计算结果和观察结果不符。并且,我们得出结论,地球的辐射对地球自转速度影响较大,是什么机制平衡这一变化,从而使地球自转速度基本保持不变?解释如下:

自然界任何事物的运动都是矛盾的对立统一,否则,便不会长期存在。地球的自转也是如此,地球的辐射使地球自转变慢的同时,也会使地球的自转加快。下图是地球自转的示意图:

上图说明:红色箭头表示太阳的自转方向,灰色箭头表示地球的自转方向,红色、灰色弯曲线分别表示太阳、地球的辐射,为了研究方便,夸大了由于星球自转辐射弯曲的程度。

太阳和地球的辐射相互作用,是地球自转加速的动力源泉。解析:由于太阳和地球的自转方向相同,从示意图中我们可也看出,除了地球和太阳中间的小部分(前面论述,地球的辐射半径是:4.2×1012米)阻止地球自转变慢外,绝大部分区域辐射相互作用都是加快地球自转速度的。从图中,我们不难看出,在地球、太阳的外侧(除去地球、太阳相对部分),辐射的相互作用都是加快地球自转的。

另外,使地球自转加速的因素还有,由于地球的辐射地球的质量在减小,地球的半径在减小(详细请查看本栏目发表的《地球的质量、半径在减小,而密度在增大》),根据角动量守恒定律,地球的自转速度也在加速。

从上述分析我们可以得出结论:影响地球自转速度变化的主要因素是——地球、太阳辐射。地球的辐射使地球的自转速度变慢,同时地球、太阳辐射相互作用使地球的自转速度变快,即地球辐射的小部分用于地球闰秒的产生。次要因素是:地球质量、半径的变化,地球各层之间运动的角速度差异以及潮汐等原因。

根据这一理论,我们可以推出几个结论并解释其现象。

1、地球磁场磁极的变化。

我在本栏目发表的《也谈地磁的起源》认为,地球的磁场是由地球的自转形成的。如果地球的磁场曾经翻转过,说明地球的自转方向原来是由东向西自转的,由于这种情况地球辐射、太阳和地球辐射的相互作用都是地球自转速度变慢,最终翻转。解析:当地球的自转方向顺时针(金星的自转情况)时,地球和太阳的辐射相互作用也是地球的自转速度减慢,没有平衡机制(地球的辐射始终是使地球自转变慢的),最终停止自转并进而发生自转方向翻转。

2、地球的公转速度和自转速度的正比关系。

有资料显示地球的公转速度和自转速度成正比或近似成正比,解析这一说法。我在本栏目发表的《地球重力场是由于地球的辐射和自转形成的》指出,引力的表达式为:F=G(B × ρ1 × T 1× S1×ω1)(B × ρ2 × T 2× S 2×ω2)/R2,所以引力场强的大小的表达式是:E=G(B × ρ × T × S×ω)/R2,其中,R是距辐射源中心的距离,ω是辐射源自转的角速度,G是引力恒量(不是万有引力恒量)。分析:假设太阳自转的角速度不变,太阳和地球的引力大小和地球自转的角速度成正比,引力是公转速度的量度,所以地球的公转速度和地球的自转速度成正比。

3、解析金星的自转速度

我们知道,如何解释金星自转的缓慢,是科学家的一个难题。其实,金星自转缓慢是由于金星的自转方向造成的。由上述分析可知:其他行星由于自身的辐射使自转变慢,但是也由于自身的辐射和太阳辐射的相互作用,又加快自身的自转;而金星不同,自身的辐射使自转变慢,自身的辐射与太阳辐射的相互作用也是金星自转变慢,所以金星的自转缓慢。可以推断,经过相当长的阶段,金星的自转会瞬间停止,在太阳和金星辐射相互作用下,定会和其他星星一样——逆时针自转(即由顺时针变为反时针方向自转)。金星没有明显的磁场,也是由于金星自转速度太慢的原因,和推出的结论1相互印证。

我们得出结论:影响地球自转变化的主要因素是地球的辐射以及地球、太阳辐射的相互作用。地球辐射——既使地球自转速度变慢又使地球自转速度加快(对立统一)的作用,是地球自转速度基本不变的奥秘。

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